Die Schulbeleuchtung

Nahezu die Hälfte aller Einwohner Deutschlands sind mit dem Lernen beschäftigt. Messbar vertreten sind fast alle Altersstufen, natürlich bilden Kinder und Jugendliche in den Bildungsstätten den größten Anteil. Neben angepassten Lerninhalten und einer fachlich pädagogischen Betreuung benötigen gerade Heranwachsende gute äußere Bedingungen, damit das Lernen erleichtert wird. Das Licht stellt dabei den wichtigsten Faktor dar, denn den größten Teil der vermittelten Informationen erfassen die Schülerinnen und Schüler über die Augen.

Die natürliche Beleuchtung über das Sonnenlicht stellt in den meisten Fällen die optimale Lösung dar, wenn es darum geht, Schüler beim Lernen bestmöglich mit Licht zu versorgen. Helligkeit, Kontrast, Farbwahrnehmung und die optische Verbindung in die Umgebung bilden damit ideale Voraussetzungen, um mit gutem Licht dem Unterricht zu folgen oder in Gruppen eigenen Projekten nachzugehen.

Jedoch weiß jeder zumindest noch aus der eigenen Schulzeit, dass das Tageslicht in Lichtstärke und Qualität nicht nur rasch abnimmt, je weiter die Fenster entfernt sind. Zu bestimmten Zeiten kann es auch überhand nehmen und blenden. Speziell in der dunklen Jahreszeit reicht es oftmals einfach nicht aus. Schon bei der Planung der Klassenzimmer müssen solche Faktoren beim Licht berücksichtigt werden. Das betrifft sowohl die Größe und Ausrichtung der Fenster wie den Einbau von Blendschutz-Vorrichtungen. Die Ausrichtung der Unterrichtsräume selbst und die Anordnung der Plätze tun ein Übriges.

Jedoch wird es immer auch Klassenzimmer geben, die von der Himmelsrichtung oder den umgebenden Bauten her vom natürlichen Sonnenlicht benachteiligt sind. Dazu gibt es neben diesen Haupträumen eine große Zahl von Nebenräumen mit den verschiedensten Funktionen, angefangen mit den Fluren, über Besprechungszimmer, die Kantine bis hin zu unterrichtsbezogenen Räumlichkeiten wie dem Chemieraum. Sie alle müssen entsprechend ihrem Zweck und ihren Sehaufgaben die passende Beleuchtung bekommen.

Sicherlich stellt eine ausgewogene Balance zwischen natürlichem und künstlichem Licht das Idealmaß dar, jedoch ist es das künstliche Licht, das die Schwankungen des natürlichen Lichts auszugleichen und dieses zu Zeiten vollständig ersetzen muss. Ganz unabhängig von allen Vorschriften und Voraussetzungen muss jeder Lichtplaner und Hersteller von LED Beleuchtung auf eine größtmögliche Variabilität der Beleuchtung in jeder Form setzen. So kann allein die automatisch gesteuerte Einschränkung der Beleuchtungsstärke bei ausreichend Tageslicht die Energiekosten spürbar senken. Die Variabilität betrifft nicht nur die Beleuchtungsstärke, Lichtfärbung und Lichtrichtung, sondern auch die jeweilige Leuchtdichte, Blendung bzw. Reflexion und andere Parameter. Um den verschiedenen Anforderungen und Ansprüchen gerecht zu werden, werden ganze Szenarien moderner LED-Leuchten benötigt, die sich nicht nur in ihrem Licht, ihren jeweiligen Ausrichtungen und Funktionen ergänzen, sondern auch mit automatisch und manuell vorzunehmenden Steuerungsmöglichkeiten ausgestattet sind. Daneben gilt es alle Beleuchtungssituationen einzuplanen, die überall dort angebracht sind, wo sich viele Menschen gleichzeitig aufhalten: Dazu gehört eine energetisch unabhängige Notfallbeleuchtung in den Fluren und Versammlungsräumen, Beleuchtung für die Fluchtwege und -richtungen und dergleichen mehr.

Beispiel für völlig entblendete Grundbeleuchtung mit runden Decken-Lampen und einem integrierten Beleuchtungssystem

Schule am Pfanzeltplatz in München

Ein besonderes Augenmerk muss schon bei der Lichtplanung auf die Bedienbarkeit der LED-Beleuchtung gelegt werden. Neben den gängigen Vorschriften über die Platzierung und die taktile Erkennbarkeit von Lichtschaltern stellen alle Beleuchtungsformen, die mit ihren Steuerungsmöglichkeiten über eine reine On-Off Funktion hinausgehen, gewisse Anforderungen an die Beteiligten. Speziell, wenn es um Lichtszenen und die Kombination verschiedener Beleuchtungsarten geht, steht heutzutage wohl kaum mehr der klassische Hausmeister zur Verfügung, der den Projektor einschaltet, die Verdunklung betätigt oder die Lichtfarbe auf “Relax – Entspannung” ändert.

In guter Zusammenarbeit entscheiden Lichtplaner, Techniker und Leuchtenhersteller über einen möglichst praktikablen Mix aus automatisch geregelten Funktionen, möglichst selbsterklärender manueller Steuerung und intelligent entworfenen Szenarien, die verschiedene Ansprüche an das Licht und die LED Beleuchtung unter unterschiedlichen Bedingungen erfüllen. Je nach Art des Auftrags und Budgets kann hierfür auf zentrale Schalträume ganz verzichtet werden, wenn es zum Einsatz z.B. bluetooth-gesteuerter unabhängiger Netzwerke aus LED-Leuchten kommt, die die Verantwortlichen auch per App auf dem Smartphone steuern können. Die Erfahrung lehrt, dass auch die beste LED-Beleuchtung und die intelligenteste Programmierung nicht ausreichend und zunehmend weniger genutzt wird, desto anspruchsvoller die Bedienung ist. Der Umgang mit dem Licht generell, smart steuerbaren LED-Leuchten und kompletten Beleuchtungsszenarien gehört daher in regelmäßig zu wiederholende Unterweisungen.

Bluetooth-Steuerung

Doch schon aus dem Titel der Norm „Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen“ lässt sich erkennen, dass für eine intensive Planung und die Herstellung bestmöglicher Bedingungen zur Beleuchtung in schulischen Einrichtungen noch einige weitere Erkenntnisse aus Wissenschaft und Forschung zum Einsatz kommen sollten. Werte wie 300 Lux für allgemeine, 500 für vertikale und 175 für horizontale Lichtstärke für spezifische Unterrichtsräume, 500 im Bereich der Tafel, 100 auf den Fluren und 200 Lux für die Eingangsbereiche gehören praktisch zur Allgemeinbildung und lassen sich in jedem Merkblatt zum Arbeits- und Gesundheitsschutz wiederfinden. Dazu kommen Ansprüche an die Farbwiedergabe der eingesetzten LED-Beleuchtung von 80 Ra oder mehr. Wobei gerade hier anzumerken ist, dass erst mit einer Farbwiedergabe von 95 Ra die Bedingungen an einen Bildschirmarbeitsplatz erfüllt sind. Diese Ansprüche sollten wohl auch für die Lernenden gelten. Die Reflexionsgrade an der Decke, den Wänden und dem Boden reichen von 0,2 – 0,4 am Boden bis zu 0,7 bis 0,9 an den Decken. Daneben existieren Empfehlungen für Richtwerte beim psychologischen Blendfaktor (UGR-L), der z.B. durch schlecht bemessene Unterschiede in der Leuchtdichte auf Gegenständen störend wirken kann.

Normen und Vorschriften spielen in alle Bereiche des Lebens hinein, besonders, wenn es um öffentlich geregelte Einrichtungen und Inhalte geht. Generell dienen diese Vorschriften dem Schutz der Gesundheit und der größtmöglichen Sicherheit der Menschen. Mit den steigenden Ansprüchen einer technisch und kulturell hochstehenden Gesellschaft nimmt die Komplexität dieser Regelungen erheblich zu, das gilt vor allem, wenn auch noch eine enge internationale Zusammenarbeit wie in der EU berücksichtigt werden muss. Für Bildungsstätten in Deutschland sind die meisten Normen und Regelungen für das Licht aus der EN DIN 12464-1 zu entnehmen. Das betrifft zumindest solch grundlegende Voraussetzungen wie die Lichtstärke, die Blendung und ähnliche Bedingungen.

Beispiel für Mikroprismenabdeckung für bildschirmarbeitsplatzgerechte Entblendung mit UGR<19

Berufsschule Rosenheim

Diese Regeln haben ihre absolute Berechtigung, stellen jedoch nur das Grundgerüst für jede Beleuchtungsplanung dar. Interessanter wird es da für den Lichtplaner und Leuchtenhersteller, wenn in den Empfehlungen von DGUV und anderen Institutionen bereits die Auswirkungen unterschiedlicher Lichtfärbung geschrieben wird. In diesem Zusammenhang findet dann auch LED-Beleuchtung ihre Erwähnung, deren moderne Steuerungsmöglichkeiten unterschiedliche Farbtemperaturen in ein und derselben LED-Leuchte ermöglichen. Dass die LED-Beleuchtung auch schon aus energetischer Sicht das Non-Plus-Ultra darstellt, wird immerhin am Rande erwähnt. Aber es versteht sich von selbst, dass jeder Lichtplaner heute den energiesparenden Effizienzgrad der LED-Leuchten nutzen wird, um seinen Energiehaushalt ökonomisch und ökologisch sinnvoll zu gestalten. Noch werden in vielen schulischen Einrichtungen alte Leuchtstoff-Röhren verwendet, die mitsamt ihren alten Vorschaltgeräten wahre Stromfresser sind. Selbst wenn inzwischen überall Energiesparlampen eingesetzt werden, geht das an den Möglichkeiten weit vorbei. LED-Leuchten sind mit ihren bis zu 80% geringeren Kosten für die Beleuchtung heute das Maß aller Dinge.

Beispiel für hohe Lichtausbeute bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch.

Aula der Goethe Schule in Merseburg

Mit LED-Beleuchtung ist sogar eine automatisierte Anpassung an die Tageslicht-Verhältnisse inzwischen häufig die Norm, obwohl bei offiziellen Stellen eben noch von programmierten Lichtszenen die Rede ist. Mit höherer Lichtstärke und einem höheren bläulichen Farbanteil ab etwa 5000 Kelvin und 1000 Lux lässt sich per LED die anregende und konzentrationssteigernde Wirkung eines frühen Morgens nachbilden, während ein wärmeres Licht mit höherem Rotanteil die Entspannung des frühen Abends einläutet. Je nach Situation, Tageszeit und Absicht im Unterricht können aber schon solche voreingestellten Szenarien große Vorteile im Wohlbefinden, der Aufmerksamkeit und selbst im Konfliktverhalten der Schülerinnen und Schüler im Raum bewirken. Für jede Beeinflussung der Grundbeleuchtung durch Änderungen in der Farbtemperatur spielt die farbliche Gestaltung des jeweiligen Klassenzimmers auch eine gewisse Rolle, denn eine unberücksichtigte Reflexion kann hier eine Verfälschung der Farbwiedergabe und sogar der beabsichtigten Wirkung hervorrufen. In jedem Fall erfordert der Einsatz von LED-Leuchten, die nach den Erkenntnissen aus dem HCL hergestellt sind, ein weitaus höheres Niveau der Lichtplanung.

Studien haben ergeben, dass auch die Schüler im Schulalltag durch den Einsatz circadian gesteuerten Lichts profitieren können. Das bezieht wie erwähnt die Aufmerksamkeit genauso ein wie Phasen der Unruhe und sogar das Schlafverhalten mit seinen Auswirkungen auf das Immunsystem. Es beginnt schon früh am Morgen. Die Diskussion über einen zu frühen Schulbeginn für die anders getakteten Kinder und Jugendliche reißt nicht ab. Fest steht, dass die Leistungskurve erst später am Tag steigt. Dieses Manko lässt sich durch eine “Lichtdusche” mit mehr als 10.000 Kelvin und mindestens 650 Lux Beleuchtungsstärke ausgleichen. Das macht müde Schüler munter und unterstützt sie bei der Konzentration, die durch Verhältnisse ähnlich des Tageslichts bei 6.000 Kelvin aufrechterhalten werden kann. Werden die Schüler zu unruhig, lässt sie eine Lichtfarbe von unter 3.000 Kelvin und leicht gesenkter Beleuchtungsstärke entspannen. Mit Vergleichsgruppen ließen sich solche Ergebnisse messen. 30% mehr Leseleistung, fast 50% weniger Fehler in zwei Tests bei nur 17% Verbesserung der Kontrollgruppe, das sind aussagekräftige Argumente für ein gesteuertes LED Licht. Eine Beruhigung setzte bereits nach knapp 10 Minuten ein, wenn die Lichtfarbe “erwärmt” wurde.

In anderen Studien wurden Klassen mit dynamischer Anpassung des Lichts an den Tagesverlauf und einer gleichbleibenden Beleuchtung verglichen. Auch hier waren die Ergebnisse eindeutig. Insgesamt nahm in allen Versuchen die Konfliktneigung unter den Schülern ab, ein wesentlicher Faktor für gute Zusammenarbeit und bessere schulische Ergebnisse. Wie im Heft licht.wissen 02 „Besser lernen mit gutem Licht“ nachzulesen ist, verbessert sich auch das Schlafverhalten vor allem bei längerfristig durchgeführter Lichtsteuerung. Mit Hilfe eines Schlaftagebuchs zeigte sich, dass die Schüler früher zu Bett gehen und erholter aufwachen, wenn sie tagsüber ein Licht nach den natürlichen Bedingungen erleben. Die Erkenntnisse werden daher auch in der Behandlung von ADHS eingesetzt. Die Lichtplaner für Bildungsstätten allgemein müssen dabei die Unterschiede in der Altersstruktur berücksichtigen. Erwachsene und Jugendliche oder Kinder haben unterschiedliche Bedürfnisse, wenn es um Licht zu bestimmten Tageszeiten geht. In der DIN SPEC 67600 wird bereits auf die circadiane Beleuchtung aus dem Human Centric Lighting eingegangen, wenn entsprechende Empfehlungen zu den Kelvin-Größenordnungen vorgegeben werden.